侧向流免疫分析技术用于真菌毒素检测的综述：从单信号增强到多信号协同

《Talanta》：A review on lateral flow immunoassay technology for mycotoxin detection: From single-signal enhancement to multi-signal synergy

　　

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  综述基于单信号-双信号-多信号模式的真菌毒素LFIA检测研究。
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  总结基于不同纳米探针的LFIA信号放大机制。
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  纳米技术、智能设备和AI算法推动LFIA技术创新。

引言

真菌毒素是真菌在适宜的温度和湿度条件下产生的有毒代谢产物。迄今为止已鉴定出500多种真菌毒素 [1]。其中，黄曲霉毒素（AFs）、赭曲霉毒素A（OTA）、玉米赤霉烯酮（ZEN）和脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是谷物和饲料中最常见且危害最大的污染物 [[2], [3], [4]]。这些真菌毒素容易污染谷物和其他农产品，从而对全球食品安全构成持续威胁。据报道，每年全球约有25%的谷物产量受到真菌毒素污染 [3,5]。按照欧盟（EU）和国际食品法典委员会（CAC）设定的最大残留限量（MRLs）标准，谷物中真菌毒素的整体检出率可达60–80%，其中约20%的样品超过监管限值。多种真菌毒素的协同污染可能产生叠加或协同的毒理学效应 [5,6]。因此，开发灵敏、准确且高通量的快速检测方法对于食品质量控制和公共卫生保护至关重要。

传统的真菌毒素定量分析方法，包括高效液相色谱法（HPLC） [7]、液相色谱-串联质谱法（LC–MS/MS） [8,9]，具有优异的检测灵敏度和特异性。然而，昂贵的设备、劳动密集型的样品前处理、繁琐的分析流程以及对专业人员的需求等因素，都限制了现场检测的实现。免疫层析试纸检测（LFIA）凭借其简便性、快速分析能力、便携性和低成本等优势，已成为最广泛采用的现场可部署分析平台之一 [10]。尽管基于金纳米颗粒（AuNP）的LFIA已被广泛应用，但常规胶体金有限的摩尔消光系数及其有限的胶体稳定性限制了其在痕量水平分析中的应用 [11,12]。近年来，多信号策略越来越多地被引入LFIA平台中，该策略整合了两种或多种独立的信号读出模式，使比色读出支持快速视觉筛查，而荧光、化学发光、光热转换或表面增强拉曼散射（SERS）则可辅助实现仪器量化 [13,14]。因此，单信号增强和多信号协同传感代表了LFIA的主要发展趋势。前者主要依赖于探针信号放大，而后者则结合正交输出以实现交叉验证、基质干扰评估和场景依赖性读出。

功能纳米材料是LFIA技术路线的核心。AuNP仍然是使用最广泛的标记物，因其具有高的视觉对比度和简便的生物偶联 [15]。量子点（QDs）、上转换纳米颗粒（UCNPs）和其他荧光纳米材料提供了显著提高的光学性能和更低的检测限 [[16], [17], [18]]。纳米酶结合了模拟酶的催化活性与固有的光学、磁性或光热特性，既可以放大现有信号，也可以产生额外的可检测输出 [19]。在多模态LFIA系统中，主要的设计挑战在于开发能够产生两种或多种稳定且相互兼容信号的一体化探针，同时不损害免疫反应性或层析性能 [20]。

以往的综述通常根据纳米材料类型或真菌毒素种类来组织真菌毒素LFIA研究 [[21], [22], [23], [24]]。本文综述采用技术演进的视角，遵循单信号增强、双模态协同、多模态集成传感和多通道高通量检测的递进框架。对每一类别，均对探针结构、放大机制、分析性能、基质适用性、便携性、制造成本和现场可行性进行了批判性比较。特别关注多通道系统应对复杂食品基质中多种真菌毒素共存问题的能力（图1）。最后，探讨了未来在多功能纳米材料、便携式智能仪器和人工智能辅助解读方面的机遇。

章节摘要

比色信号增强

比色免疫层析试纸检测利用本身有色的纳米材料作为视觉报告探针。这些报告探针可大致分为常规金基纳米探针和新兴的复合及替代纳米探针。所得检测方法支持无需精密仪器的快速视觉筛查，当与便携式试纸读数仪、智能手机成像或专用软件联用时，可实现现场定量结果。

比色-荧光双模态LFIA

比色-荧光免疫层析试纸检测可分为双探针荧光猝灭系统和集成单载体系统 [68]。双探针系统将荧光供体与吸光猝灭剂配对，利用内部滤光效应（IFE） [69]、荧光共振能量转移（FRET） [70] 或纳米表面能量转移（NSET）来创建竞争响应，即在无目标物时荧光被猝灭，而在目标物存在时荧光得以恢复。表1总结了关于以下方法应用的相关报道

多模态LFIA

多模态免疫层析试纸检测利用多功能纳米材料在单条试纸上产生三种或更多正交读出信号——包括比色、荧光、光热、SERS和催化信号（表1）。这些读出信号之间的交叉验证可以减轻由基质干扰和操作变异性引起的误差，扩展分析范围，并提高整体准确性。金属有机框架（MOF）复合材料因其高比表面积、多孔结构和能够

多通道比色检测

为应对多种毒素的协同污染问题，多通道比色免疫层析试纸检测已得到开发，所用材料包括胶体金、彩色乳胶微球、形貌可控的多色金纳米结构 [81,82] 和核壳纳米酶（表2）。Zhou等 [83] 使用柠檬酸还原的胶体金标记抗DON、ZEN、T-2、交替链孢菌素（AOH）和棒曲霉素（TEA）的抗体（图4A）。在单条NC膜上排列了五条检测线和一条共用对照线，所得结果为

结论与展望

真菌毒素污染广泛存在、难以消除，且常涉及多种毒素的隐蔽性积累和协同发生。长期膳食暴露对人体健康构成重大风险，而有效的预防和控制仍具挑战性。凭借其快速性、便携性、低成本和操作简便等优势，LFIA已成为真菌毒素现场筛查的关键技术。近年来，各种检测策略的出现极大地

CRediT作者贡献声明

李萌晗（Menghan Li）：撰写——初稿，调查，形式分析，数据管理。张陈金（Chenjin Zhang）：撰写——初稿，软件，数据管理。黄冬（Dong Huang）：撰写——初稿。魏宇（Yu Wei）：可视化。陶静（Jing Tao）：验证。王玉丹（Yudan Wang）：撰写——审阅与编辑，监督，经费获取，概念化。王萌（Meng Wang）：撰写——审阅与编辑，监督，经费获取。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告工作的客观性。

致谢

本工作得到了北京市农林科学院（BAAFS）探索性研究项目（TSXM202613）、国家自然科学基金（No. 32372453）、北京市农林科学院杰出科学家专项培训项目（JKZX202403）以及河北省科技计划项目（26244801D）的资助。

Menghan Li|Chenjin Zhang|Dong Huang|Yu Wei|Jing Tao|Yudan Wang|Meng Wang